基于FPGA的脉冲式激光测距系统设计

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脉冲式激光测距因其具有结构简单、稳定性高、测量速度快等优点,被广泛应用于安防、交通、工业测量等领域,然而其在短距离的测量中,测距精度较低。因此,为了实现对短距离的实时、准确测量与分析,将脉冲式激光测距与FPGA相结合,提出了一种基于FPGA的脉冲式激光测距系统的实现方案。  基于FPGA的脉冲式激光测距系统由激光发射电路、激光接收电路、FPGA、电源电路、上位机软件组成。其中,激光发射电路由驱动电路和激光器组成;激光接收电路由IV转换电路、滤波电路、放大电路和整形电路构成。在激光发射电路的设计中,为了提高脉冲信号的稳定性,采用FPGA来生成需要的脉冲信号;而激光接收电路则将接收到的激光信号转换为FPGA可以采集的电平信号。基于FPGA的可编程及可并行处理特性,通过VerilogHDL语言编码,设计时间分隔模块、“粗”时间测量模块、“细”时间测量模块、时间合成模块、距离计算模块,实现精密时间间隔的测量,并将所测得的时间长度转换成距离数据,通过数据传输模块传送到上位机。上位机数据采集系统是在Windows中基于VB语言设计的,可以实现数据的采集、显示、分析及保存等功能。  系统的软硬件设计完成后,首先,对激光发射电路所需的脉冲信号进行了测试,输出信号占空比为0.000025;其次,对激光接收电路的性能进行了验证和测试,可以平稳地输出电平信号;然后,对在FPGA内设计的进位链进行了测试,时间测量精确度为130ps。最后,通过一系列实验对脉冲式激光测距系统进行了测试,实验结果表明,该系统可以实现对所测距离数据的采集、显示、分析及保存等功能,在1m至10m的测量范围内,所有测试点中最大相对误差为0.008,因此本系统可以较好地应用于短距离的测量。
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